层和莫来石涂层的复合材料基板。
[0029]上述的制备方法中，优选的，所述步骤S5-1中，所述提拉的速度为5cm/min?20cm/mino
[0030]上述的制备方法中，优选的，所述步骤S5-2中，所述裂解时的升温速率为5°C /min?15°C /min，所述热处理时的升温速率为5°C /min?15°C /min。
[0031]上述的制备方法中，优选的，所述步骤S5-3中，所述煅烧时的升温速率为5°C /min ?15°C /min。
[0032]上述的制备方法中，优选的，所述步骤S6中所述通过浸渍提拉法制备硅酸钇外涂层单层涂层的具体过程为:
56-1:将带有SiC涂层和莫来石涂层的复合材料基板浸渍到Y2O3泥浆原料中并保持2min?20min，提拉成膜取出后放置30min?60min，然后在空气中于200°C?300°C下进行交联2h?4h ; S6-2:重复步骤S6-1的浸渍、提拉成膜、放置、交联过程2?6次，然后在空气中于700 °C?900 °C下进行裂解Ih?2h，使硅树脂转化为S12，接着在惰性气氛或真空中于IlOOcC?1300°C下进行热处理Ih?3h ;
S6-3:重复步骤S6-2的过程2?6次，接着在惰性气氛或真空中于1400°C?1600°C下进行煅烧Ih?3h，完成复合材料表面SiC、莫来石和硅酸钇涂层体系的制备。
[0033]上述的制备方法中，优选的，所述步骤S6-1中，所述提拉的速度为5cm/min?20cm/mino
[0034]上述的制备方法中，优选的，所述步骤S6-2中，所述裂解时的升温速率为5°C /min?15°C /min ;所述热处理时的升温速率为5°C /min?15°C /min。
[0035]上述的制备方法中，优选的，所述步骤S6-3中，所述煅烧时的升温速率为5°C /min ?15°C /min。
[0036]上述的制备方法中，优选的，所述通过浸渍提拉法制备硅酸钇外涂层多层涂层时，每个单层的具体过程与具体参数同单层涂层，只是所用Y2O3泥浆中Y2O3与硅树脂的质量比不同。
[0037]本发明的制备方法中，优选的，将复合材料基板、带有SiC内涂层的复合材料基板、带有SiC内涂层和莫来石中间层的复合材料基板，分别浸入SiC泥浆、Al2O3泥浆、Y2O3泥浆中时，为保证泥浆的稳定性和均匀性，使用前对泥浆进行搅拌和超声振荡处理，以避免SiC、Al203、Y203粉的沉降。
[0038]本发明的复合材料表面耐高温抗氧化涂层体系的性能参数，可以通过以下方法进行确定:将带有表面涂层体系的复合材料在1400°C?1600°C空气环境(马弗炉)中氧化
0.5h?10h，然后测量氧化前后的重量变化率、强度保留率。
[0039]与现有技术相比，本发明的优点在于:
(I)本发明的C/SiC、SiC/SiC、C/C等复合材料表面涂层体系包括SiC内涂层、莫来石中间层和硅酸钇外涂层。相比于莫来石，SiC与复合材料基板之间的物理、化学相容性更好一些，不仅结合强度高，而且可在高温下有效阻碍复合材料中的碳向外扩散。因此，相比于申请号为201410701284.7的专利(马青松，刘海韬，蔡利辉.C/SiC复合材料表面涂层体系及其制备方法)中的莫来石/硅酸钇双层涂层体系，本发明的SiC/莫来石/硅酸钇三层涂层体系一是可以提高涂层与复合材料之间的结合强度，二是能够防止碳与莫来石中富余S12的碳热还原反应。
[0040](2)莫来石中间层与SiC内涂层的热膨胀系数几乎一样，化学相容性也很好，具有很好的抗氧化性能且本身不会再发生氧化，从而避免了传统方法(SiC内涂层/硅酸钇外涂层)中SiC内涂层氧化挥发导致硅酸钇外涂层开裂或脱落的问题。同时，由于莫来石与硅酸钇都是氧化物，组成中都有S12，这有利于两者之间形成强结合，从而提高涂层的抗氧化和耐冲刷能力。另外，本发明中莫来石中间层的化学组成符合化学计量比，不富余S12,从而进一步降低碳与S12之间发生碳热还原反应的可能性。
[0041](3)本发明的制备方法中，以液态泥浆为原料的浸渍提拉法，具有制备过程简单易控、对设备要求低的优点，既适用于大尺寸、复杂形状构件，也适用于具有内腔结构的构件，在批量化生产时具有很好的一致性与可靠性，因而在工程应用上具有很好的普适性。
[0042](4)本发明的制备方法中，所有泥浆中都含有硅树脂，其粘附性、成膜性好，同时也是涂层制备的主要原料，不仅易于在复合材料表面成膜，有利于提高结合强度，而且避免了外加粘结剂、成膜剂需要排除干净给涂层制备与性能带来的不利影响。
[0043](5)本发明的制备方法中，以SiC粉与硅树脂配成的泥浆为原料，通过浸渍提拉法制备SiC涂层，相比于现有的化学气相沉积法、包埋法，除了(3)中所述的优点外，一是制备温度(1400°C?1600°C)明显低于包埋法(>1800°C)，避免了高温对复合材料基板的损伤；二是通过若干次循环实现SiC涂层的致密化，避免了一次性致密化带来的涂层应力偏大的问题。
[0044](6)本发明的制备方法中，分别以Al2O3粉与硅树脂、Y 203粉与硅树脂配成的泥浆为原料，通过浸渍提拉法制备莫来石、硅酸钇涂层。硅树脂转化成的S12是无定形态，反应活性高，在1100°C?1300°C具有很好的粘性流动特性，可促使涂层的低温(在莫来石、硅酸钇合成温度之下)致密化，也能够与A1203、Y2O3在较低温度(1400°C?1600°C)下反应生成莫来石、硅酸钇，从而避免高温处理对复合材料带来的不利影响。与制备氧化物涂层常用的溶胶-凝胶法相比，低温制备以及(3)中所述的优点是两种方法都共同拥有的，但本发明的方法还具有(4)所述的优点，即在成膜性、制备效率、附着力等方面要优于溶胶-凝胶法。
【附图说明】
[0045]图1为本发明实施例1的复合材料表面涂层体系的结构示意图。
[0046]图2为本发明实施例中的复合材料表面涂层体系分别在1400°C、1500°C、1600°C下裂解生成SiC的XRD图谱。
[0047]图3为本发明实施例中的复合材料表面涂层体系分别在1400°C、1500°C、1600°C下煅烧生成莫来石的XRD图谱。
[0048]图4为本发明实施例中的复合材料表面涂层体系分别在1400°C、1500°C、1600°C下煅烧生成硅酸钇(Y2Si2O7)的XRD图谱。
[0049]图5为本发明实施例中的复合材料表面涂层体系分别在1400°C、1500°C、1600°C下煅烧生成硅酸钇(70wt% Y2Si207+30wt% Y2S15)的XRD图谱。
[0050]图6为本发明实施例中的复合材料表面涂层体系分别在1400°C、1500°C、1600°C下煅烧生成硅酸钇(Y2S15)的XRD图谱。
【具体实施方式】
[0051]以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
[0052]以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
[0053]实施例1:
一种本发明的耐高温抗氧化表面涂层体系，如图1所示。该表面涂层体系设于C/C复合材料基板表面，包括由下至上依次布设的SiC内涂层、莫来石中间层和硅酸钇外涂层。
[0054]本实施例中，SiC涂层的厚度为20 μ m ;莫来石涂层的化学组成中，Al2O3与S1 2质量比为2.13: I，莫来石涂层的厚度为60 μπι ;硅酸钇涂层为Y2Si2O7单相涂层，单层厚度为80 μ mD
[0055]一种上述本实施例的C/C复合材料表面涂层体系的制备方法，包括以下步骤: S1、配制SiC涂层的泥浆原料:按SiC粉/硅树脂体积比1: 3(本实施例采用的硅树脂密度为1.3g/cm3，SiC的密度为3.2 g/cm3;对应的SiC粉与硅树脂的质量比为0.82: 1)，将SiC粉(平均粒径0.4 μ m)和硅树脂共混，以无水乙醇为介质进行球磨分散混合，得到SiC泥浆，用于制备SiC内涂层。
[0056]S2、配制莫来石涂层的泥浆原料:按Al2O3粉/硅树脂质量比1.4: I (对应莫来石涂层中Al203/Si0^量比为2.13: 1)，将Al 203粉(平均粒径Iym)和硅树脂共混，以无水乙醇为介质进行球磨分散混合，得到Al2O3泥浆，用于制备莫来石中间层。
[0057]S3、配制硅酸钇涂层的泥浆原料:按Y2O3粉/硅树脂质量比1.2:1 (对应Y 2Si207相)，将Y2O3粉(平均粒径3 μπι)和硅树脂共混，以无水乙醇为介质进行球磨分散混合，得到Y2O3泥浆，用于制备Y 2Si207外涂层。
[0058]S4、制备SiC内涂层:
54-1、将C/C复合材料基板浸入到SiC泥浆中并保持5min，以15cm/min的速度提拉成膜取出后放置60min，然后在空气中于250°C下交联2h。
[0059]S4-2、重复步骤S4-1的浸渍、提拉成膜、放置、交联过程2次，然后在惰性气氛中于1200°C下裂解，裂解时升温速率为10°C /min，保温时间为lh。
[0060]S4-3、重复步骤S4-2的过程(S4_2的过程即将步骤S4_2中裂解后的C/C复合材料基板重复步骤S4-1的浸渍、提拉成膜、放置、交联过程2次，然后在惰性气氛中于1200°C下裂解，裂解时升温速率为10°C /min，保温时间为lh)2次，然后在惰性气氛中于1600°C下裂解，裂解时升温速率为15°C /min，保温时间为lh。
[0061]S4-4、以步骤S4-1、S4-2和S4-3为一个循环，重复该循环过程2次，制备出厚度20 μ m的致密SiC涂层，得到带有SiC内涂层的复合材料基板。
[0062]S5、制备莫来石中间层:
55-1、将带有SiC内涂层的复合材料基板浸入到Al2O3泥浆中并保持lOmin，以1cm/min的速度提拉成膜取出后放置30min，然后在空气中于200°C下交联4h。
[0063]S5-2、重复步骤S5-1的浸渍、提拉成膜、放置、交联过程2次，然后在空气中于800°C下裂解，使硅树脂转化为S12，裂解时升温速率为10°C /min，保温时间为lh，接着在惰性气氛中于1200°C下进行热处理，热处理时升温速率为15°C /min，保温时间为2h。
[0064]S5-3、重复步骤S5-2的过程(S5_2的过程即将步骤S5_2中裂解后的带有SiC内涂层的复合材料基板重复步骤S5-1的浸渍、提拉成膜、放置、交联过程2次，然后在空气中于800°C下裂解，使硅树脂转化为S12，裂解时升温速率为10°C /min，保温时间为lh，接着在惰性气氛中于1200°C下进行热处理，热处理时升温速率为15°C /min，保温时间为2h) 4次，最后在惰性气氛中于1400°C下进行煅烧，煅烧时升温速率为15°C /min，保温时间为3h，制备出厚度60 μπι的致密莫来石涂层，得到带有SiC内涂层和莫来石中间层的复合材料基板。
[0065]S6、制备硅酸钇涂层:
56-1、将带有SiC内涂层和莫来石中间层的复合材料基板浸入到Y2O3泥浆中并保持20min，以5cm/min的速度提拉成膜取出后放置45min，然后在空气中于300°C下交联2h。
[0066]S6-2、重复步骤S6-1的浸渍、提拉成膜、放置、交联过程4次，然后在空气中于900°C下裂解，使硅树脂转化为S12，裂解时升温速率为15°C /min，保温时间为lh，接着在真空中1100°C下热处理，热处理时的升温速率为10°C /min，保温时间为3h。
[0067]S6-3、重复步骤S6-2的过程(S6_2的过程即将步骤S6_2中裂解后的带有SiC内涂层和莫来石中间层的的复合材料基板重复步骤S6-1的浸渍、提拉成膜、放置、交联过程4次，然后在空气中于900°C下裂解，使硅树脂转化为S12，裂解时升温速率为15°C /min，保温时间为lh，接着在真空中1100°C下热处理，热处理时的升温速率为10°C /min，保温时间为3h)5次，最后在真空中于1500°C下进行煅烧，煅烧时的升温速率为15°C /min，保温时间为lh，制备出厚度80 μ m的致密Y2Si2O7涂层，完成复合材料表面SiC/莫来石/硅酸钇涂层体系的制备。
[0068]该复合材料表面涂层体系中1600°C下裂解生成SiC涂层、1400°C下煅烧生成莫来石涂层、1500°C下煅烧生成硅酸钇(Y2Si2O7)涂层的XRD图谱分别参见图2、图3和图4